黄裕花

摘要：相比于传统的初中生物教学模式而言，虚拟实验合理利用了信息化的教学手段，在一定程度上提高了课堂教学的效率，节省了实验的成本，保障了实验的安全性，具有不可估量的课堂应用价值。本文对虚拟实验的概念及应用现状进行了简要阐述，从提升学习效率、节约教学成本、保障实验安全等三方面分析了虚拟实验应用于初中生物实验教学中的作用，从课前、课中、课后三个环节指出虚拟实验在初中生物学实验教学中的实践策略。

关键词：虚拟实验;初中生物;实验教学;实践探究

引言：众所周知，生物学是一门以实验为基础的自然学科。在初中生物教学过程中，开展生物实验不仅能够锻炼学生的实践操作能力和创新能力，还有助于学生更加深入地理解和掌握生物知识，提高生物课堂教学的有效性。但是经过实际的教学实践调查可知，在初中生物实验教学过程中，往往会受到诸多因素的影响，导致生物实验教学的效果不尽如人意。比如，有的生物实验需要大量的材料，实验准备工作较为繁琐;有的实验耗时很长，往往需要几天甚至更长的时间才能够完成;有的实验存在危险性和诸多不安全因素，学生操作起来存在一定困难等，众多因素影响了初中生物实验教学的高效开展。为此，广大初中生物教师可以合理开展虚拟实验教学，引导学生在操作虚拟实验的过程中获得所需要的知识和能力，利用虚拟实验有机地代替或优化传统开设的真实实验，对于提升初中生物实验教学的有效性具有重要的意义。

1.虚拟实验概述

通常来讲，虚拟实验依托于智能化的多媒体和计算机，在虚拟的环境当中，教师利用数据眼睛、数据手套以及电子显示器等工具为学生展示一个完整的实验流程。在这个过程中，学生能够对实验产生一个真实的体验，从而有助于更加深入地探究生物实验背后蕴含的自然规律。虚拟实验能够利用多媒体设备模拟真实的实验过程，因此开展虚拟实验教学，就必须要有专业的实验教学软件以及相应的设备。虽然我国的虚拟实验教学还处在初级发展阶段，但是越来越多的初中生物教育工作者开始逐渐认识到虚拟实验教学在生物教学中体现的独特优势，并致力于探究虚拟实验在初中生物学实验教学过程当中具体应用策略，以期改善初中生物学实验教学的现状。

虚拟实验有交互和非交互两种。在我国，传统的生物虚拟实验更多的是非交互式。也就是学生能够通过观看动画、视频等了解和学习实验内容，掌握生物实验演示过程，但是不能自己亲自实验操作。这样就不能使学生获得直观的感性认知，也不利于学生实验技能的形成以及课本内容的巩固、吸收。为此，在初中生物实验学教学过程中，学校和教师要大力致力于交互式虚拟生物实验室的开发与构建，让初中生不仅能够直观的观看，同时还能有选择性地对实验过程进行动手实践操作，充分发挥虚拟实验在初中生物实验教学中的价值与作用。

2.虚拟实验应用于初中生物实验教学中的作用

2.1 虛拟实验能够显著提高学生学习效率

相对于小学阶段而言，初中阶段学生学习知识、掌握知识的方式发生了较大变化。他们的机械记忆下降，记忆形式主要是以理解记忆为主。在初中生物教学中开展生物实验能够提高学生的动手、观察以及逻辑思维能力，激发学生学习生物的兴趣，提高课堂教学的效率。但是在传统的初中生物实验教学过程中，许多教师都是让学生“背流程、背重点、背技艺”，这种学习方法违背了初中生物学习的规律，也很容易让学生对于学习生物产生一种厌烦的情绪，学生的学习效率得不到保障。传统的生物实验具有很大局限性，生物实验会受到时间、空间、人力以及物力等多方面因素的影响，因此传统生物实验难以真正发挥其教学价值。此时，将虚拟实验运用在初中生物实验教学中，能够突破传统生物实验教学的局限性，将机械记忆转化为形象直观的实验过程，学生们可以随时随地进行实验，能够深入地理解和掌握知识，学习效率也会大幅提高。除此之外，虚拟实验能够为学生提供更加开放的操作环境，将一些传统实验不能够实现的实验效果展现给学生，拓宽学生的思维意识，保障生物实验教学的有效性。

2.2 虚拟实验能够有效节约课程教学成本

在初中生物实验教学中，往往许多实验都需要准备大量的仪器和实验材料。比如，在“观察鸟卵的结构”这个实验中，如果采用传统的实验方式，那么每个学生都需要至少一个鸡蛋，一个班级就需要几十个鸡蛋。与此同时，在实验过程中存在大量的随机因素，有些学生的实验操作不规范，这样也会造成实验材料浪费的现象。但是利用虚拟实验却不需要任何实体实验材料，可以极大程度地节约实验的成本，实验过程中也不会产生任何的环境污染，同时学生还可以反复实践操作，这样也有助于加深学生对于生物知识和规律的理解和掌握。

2.3 虚拟实验能够更加保障实验操作安全

在初中生物实验教学中，学校和教师为了防止学生在操作中出现意外伤害，会制定许多严格的实验规章制度。严格的规章制度和实验本身的危险性，经常会让教师望而却步，采用演示实验代替学生的实践操作。另一方面，可能会有部分学生的随意性较强，在实验操作前不认真学习操作规范，在操作过程中也不按照正确的操作规程来操作，容易产生安全隐患，也会加大实验仪器损坏的概率。但是初中生物教学必须要让学生亲自参与生物实验，这样才能够体现生物学科教学的价值和意义。为此，教师可以利用虚拟实验代替操作过程当中存在的“危险性实验”，有效地解决实验安全问题。另外，教师可以先让学生在虚拟实验平台操作，等学生熟练掌握其操作流程、严格遵守操作规范之后再进行实际操作，降低由于学生自身操作不规范而出现损坏仪器、损耗材料的实验现象，提高实验成功率、安全性，减少实验材料的无用损耗。

2.4虚拟实验能够有助提升学生探究能力

在开展生物实验之前，教师可让学生先开展虚拟实验操作，然后再进行实际的实验操作，这样不仅能够降低仪器的损耗率，培养学生的实验技能，还能有效提升学生的自主探究能力。与此同时，虚拟实验室为学生提供了更加全面和开放的操作环境，将传统实验不能实现的现象、功能、效果等更充分地展现出来，让学生在虚拟世界进行真实的体验，从而培养学生的生物核心素养。

例如，在教学显微镜的使用实验时，传统教学中都是教师先讲解后示范，大部分学生被动听讲，在獨立实验时难以掌握正确的掌握操作要领，出现不规范操作进而影响实验效果。而如果让学生先利用虚拟实验来“练习使用显微镜”，学生根据自已的学习特点、学习方式、学习进程，在做中学，做中探，做中悟，不仅优化了教学过程，还能体现学习的自主性、差异性。

3.虚拟实验在初中生物学实验教学中的实践策略

3.1将虚拟实验应用于真实实验前的指导

在初中生物实验开展前，教师可以利用虚拟实验，有针对性地对生物实验的原理、过程以及实验现象进行一个完善和详细的介绍，有助于学生能够对教学内容有一个更加深入的理解，也有助于初中生物教学中真实实验的顺利开展和进行。

比如，如在学习苏教版初中生物七年级上册“植物的开花和结果”这一章节的内容时，植物的开花与结果是一个漫长的过程，学生们无法在短暂的时间内直观地观测到植物开花结果的情况。但在为了帮助学生对于植物的开花与结果有一个基础的了解，教师可以将虚拟实验应用于生物课堂的实验教学中，让学生们可以在计算机模拟的情况下，毫无遗漏、全程地观察到一株具体的植物（如桃花、梨花等）最初的发芽、再到开花、再到结果的整个过程，让学生们能够对植物的各个结构和生长过程有一个直观的认识与了解，吸引学生开展实验和坚持实验的兴趣和热情，提升学生们的注意力。当虚拟实验完成后，学生们便可以着手开展真实实验。如：在种植植物的过程中，学生们就可以观察到植物在生长过程中出现的一些现象，回忆并深入理解在课堂中学习的植物自身的各个结构和部分，实现对于知识的内化和吸收，这样虚拟实验的教学作用便得以体现。

3.2 将虚拟实验应用于学习教学内容

在初中生物课堂中，为了帮助学生更加透彻地理解一些实验现象，生动、全面的学习相关知识和内容，需要借助实验来给学生提供学习、观摩、体验、实践的机会。通常来讲，这些教学内容可以是通过真实实验来演示，也可能是一些宏观的、微观的、危险的或者其他难以通过真实实验来演示、观察、实践的。这时，通过虚拟实验来模拟实验现象、体验实验过程便是一个十分合理有效的教学方法。但值得注意的是，需要生物教师结合具体情况进行具体分析和安排，切实发挥虚拟实验辅助初中生物实验教学的价值和意义，将虚拟实验恰当好处地应用于“刀刃”上，防止“电灌”等信息化教学方式的重复堆叠。

比如，在学习苏教版初中生物七年级下册《血液和血型》内容时，设计了“模仿鉴定ABO血型，掌握ABO血型的输血原则，模仿输血”的虚拟实验，教师可以组织学生参与虚拟实验流程，让学生在虚拟的实验情境之中发展实践操作能力，巩固知识技能。在该虚拟试验过程中，教师提供有关“血液和血型”的学习资料供学生学习，并给学生模拟一个真实实验情景：“三位病人由于失血过多需要输血，操作者的工作就是测定三个人各自的血型，然后输入匹配的血液。”学生在虚拟实验操作中扮演“操作者”，跟随操作提示进行操作。如：首先需要用鼠标点击注射器，从“病人”裸露的胳膊上抽取血样，并将其与三种血型抗体试剂相混合，通过查看三个实验试管出现的现象判断每个人的血型，最终“操作者”点击相应的血液完成给病人的正确输血。为了切合真实情况，还可以把这个虚拟实验的情景设计得更加逼真：如果学生操作正确，那么病人的脸色在输血后就会变得红润;如果学生操作错误，那么病人的脸色就会变得青紫。这种虚拟实验情景与医院医生的真实操作也非常的相似，学生也能够快速的理解，在轻松便捷操作的同时，自然地完成了知识的掌握内化。

2.3 将虚拟实验应用于课后复习

在生物复习过程中，学生一定还会遇到形形色色的问题、产生各种疑虑，其中就有很多知识涉及到实验内容。这时候，学生再返回去做实验已然不可能，此时虚拟实验的作用便凸显出来了，学生可以自由利用虚拟实验软件进行自主学习，强化知识结构，提高课后学习效率。

比如，在学习完苏教版初中生物七年级上册《观察根尖细胞分裂基本过程》这个实验内容后，有些学生因为不能够在课堂中及时进行记录而导致自身的知识结构不完整，或者在完成作业时针对某个知识点又产生了疑问。为了及时帮助学生补充知识，学生便可以自主利用虚拟实验软件，将教师在课堂中讲解的知识在虚拟实验中进行回顾和复习，在虚拟实验中进行一个实践和总结。这样有助于完善学生的知识结构，实现虚拟实验提升生物课后复习效率的作用。

总而言之，在初中生物实验教学过程中，生物教师要充分认识到虚拟实验辅助实验教学的价值和意义，结合实验教学契合点，合理充分地开展虚拟实验教学，发挥虚拟实验教学的独特作用，有效弥补传统实验教学的短板，提高初中生物实验教学的有效性。

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